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本周，軟體機(jī)器人領(lǐng)域又有了新進(jìn)展。一篇關(guān)于哈佛最新軟體機(jī)器人的標(biāo)題為Increasing the Dimensionality of Soft Microstructures through Injection‐Induced Self‐Folding的文章發(fā)表在了《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）雜志上，引來國(guó)內(nèi)外眾多關(guān)注。

這是一種多功能毫米級(jí)蜘蛛機(jī)器人，靈感來自于澳大利亞小孔雀蜘蛛。兩年前，哈佛大學(xué)的研究人員展示了一種受章魚啟發(fā)的世界第一個(gè)軟體機(jī)器人，名叫Octobot。那是一個(gè)彰顯極簡(jiǎn)主義的機(jī)器人設(shè)計(jì)，目的在于向外界展示:在當(dāng)時(shí)，這樣的軟體機(jī)器人是可以成為現(xiàn)實(shí)的。研究人員稱,此次的新成果蜘蛛機(jī)器人是Octobot項(xiàng)目的明確進(jìn)展，原來的Octobot有巴掌大小，而現(xiàn)在的蜘蛛機(jī)器人已經(jīng)縮小到了毫米級(jí)。

兩者都是完全獨(dú)立的軟體機(jī)器人，沒有硬電子元件，沒有電池或計(jì)算機(jī)芯片，并且也不需要連接到計(jì)算機(jī)就可以自主移動(dòng)。不同的是，Octobot章魚機(jī)器人內(nèi)置的是燃料儲(chǔ)存系統(tǒng)，而蜘蛛機(jī)器人沒有剛性部件，完全是從微流體系統(tǒng)中獲得動(dòng)力實(shí)現(xiàn)各種能力的。在蜘蛛機(jī)器人的主體內(nèi)部是一個(gè)薄的中空管系統(tǒng)，通過向該系統(tǒng)泵送特種液體，可以驅(qū)動(dòng)其四肢。

蜘蛛機(jī)器人全身僅由硅橡膠制成，和Octobot章魚機(jī)器人一樣，都為無色，當(dāng)研究人員用其他管子填充有色液體時(shí)，可以使蜘蛛的眼睛變亮，使其呈現(xiàn)出更加豐富多彩的腹部圖案，就像真正的孔雀蜘蛛一樣。

將液體泵入腿部的通道也可以使其“行走”。雖然目前的機(jī)器人本身并沒有為任何實(shí)際目的做好準(zhǔn)備，但該團(tuán)隊(duì)表示，這更像是MORPH生產(chǎn)方法的概念驗(yàn)證。MORPH生產(chǎn)方法是研究人員開發(fā)出的一種制造設(shè)備的新方法，全稱為Microfluidic Origami for Reconfigurable Pneumatic/Hydraulic。哈佛大學(xué)威斯學(xué)院的Donald Ingber 表示，MORPH方法可以為那些更專注于醫(yī)療應(yīng)用的研究人員開辟軟體機(jī)器人領(lǐng)域，這些機(jī)器人較小的尺寸和靈活度可以為內(nèi)窺鏡和顯微外科提供全新的方法。

而之前的Octobot章魚機(jī)器人內(nèi)部搭建的是微流體邏輯電子回路，可控制鉑粉對(duì)燃料的催化作用，該化學(xué)反應(yīng)將為其提供動(dòng)力。通過微流體控制器，Octobot以過氧化氫為燃料，產(chǎn)生大量氣體，氣體交替釋放進(jìn)入機(jī)器人觸手，這時(shí) Octobot 看上去就像是在跳舞，不停地上下擺動(dòng)觸角，并在這個(gè)過程中實(shí)現(xiàn)自身的移動(dòng)。Octobot 只需一毫升的過氧化氫液體燃料就可移動(dòng)長(zhǎng)達(dá) 8 分鐘左右的時(shí)間。

雖然制作 Octobot機(jī)器人所需材料對(duì)于大部分微流體實(shí)驗(yàn)室來說都是現(xiàn)成的，但研究人員大約進(jìn)行了 300 次嘗試才最終調(diào)配成合適的比例配方。這個(gè)環(huán)節(jié)過程包括：首先，研究人員將一個(gè)微流體控制芯片放到一個(gè)定制完成的空模具中，然后將硅樹膠混合物倒入模具內(nèi)，覆蓋住芯片，吸出所有的氣泡。之后再使用 3D 打印機(jī)將兩種墨水線注入硅樹膠，烘烤四天，讓機(jī)器人完成密封定型。在烘烤過程中，其中的一種墨水線會(huì)蒸發(fā)，形成供加壓氣體通過的中空管道，另一種為前面提到的鉑線，負(fù)責(zé)將液體燃料轉(zhuǎn)化為氣體。

這項(xiàng)研究的共同作者Sheila Russo表示：最小的軟體機(jī)器人系統(tǒng)仍然非常簡(jiǎn)單，通常只有一個(gè)自由度，這意味著它們只能促成一種特定的運(yùn)動(dòng)形狀或類型的變化。而新成果蜘蛛機(jī)器人具有18個(gè)自由度，包括結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和顏色的變化，以及微米范圍內(nèi)的微小特征。

蜘蛛機(jī)器人由12層薄層組成，使用激光蝕刻出來然后粘合在一起，能夠呈現(xiàn)出一種3D結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到其最終形狀，研究人員還通過可固化樹脂為這些微流體通道中的一些加壓。使用激光微加工技術(shù)從模具中精確切割每一層，然后粘合到下面的一層以創(chuàng)建軟蜘蛛的粗糙3D結(jié)構(gòu)。當(dāng)用來自外部的UV光照射時(shí)，樹脂硬化并使較軟的層永久地彎曲成所需的形狀。

研究團(tuán)隊(duì)稱，柔軟的動(dòng)物機(jī)器人可以安全地部署在難以進(jìn)入的環(huán)境中。在未來，相比剛性機(jī)器人，它們更適合幫助我們模擬和理解小型動(dòng)物的結(jié)構(gòu) - 功能關(guān)系。而本文介紹的用于制造毫米級(jí)軟材料的新方法將為新一代用于醫(yī)療和環(huán)境任務(wù)的柔性微型機(jī)器人提供啟示。

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